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1、机械制造技术基础机械制造技术基础主讲：王娜君主讲：王娜君1机械制造技术机械制造技术基基础础 第第4章 夹具设计基础章 夹具设计基础24.1概述概述在机床上加工必须首先完成的动作在机床上加工必须首先完成的动作（过程过程) )-装夹装夹在机床上加工必须首先完成的动作在机床上加工必须首先完成的动作（过程过程) )-装夹装夹（1）把工件装在机床的合适位置上（1）把工件装在机床的合适位置上定位定位：使工件相对于刀具和机床运动占据正确的：使工件相对于刀具和机床运动占据正确的 位置位置位置位置使用定位元件（机构、装置）使用定位元件（机构、装置）（2）把工件夹牢，使其位置不变以接受加工（2）把工件夹牢，使其位
2、置不变以接受加工夹紧夹紧：把工件压紧夹牢，以保持其正确位置：把工件压紧夹牢，以保持其正确位置使用夹紧元件使用夹紧元件（机构机构、装置装置） 3使用夹紧元件使用夹紧元件（机构机构、装置装置）工件的装夹就是定位和夹紧过程的组合工件的装夹就是定位和夹紧过程的组合（1）直接装夹（1）直接装夹将工件的定位基准将工件的定位基准面直接靠紧在机床面直接靠紧在机床 的装夹面上的装夹面上，然后夹紧工件实施加工然后夹紧工件实施加工。的装夹面上的装夹面上，然后夹紧工件实施加工然后夹紧工件实施加工。如在平面磨床上采用磁力工作台装夹如在平面磨床上采用磁力工作台装夹、磨磨如在平面磨床上采用磁力工作台装夹如在平面磨床上采用磁
3、力工作台装夹、磨磨 削平板类工件表面时的情况。削平板类工件表面时的情况。4工件的装夹就是定位和夹紧过程的组合工件的装夹就是定位和夹紧过程的组合（2）找正装夹（2）找正装夹将工件的定位基准面直接靠紧在将工件的定位基准面直接靠紧在将工件的定位基准面直接靠紧在将工件的定位基准面直接靠紧在 机床的装夹面上，但需采用按划线或机床的装夹面上，但需采用按划线或 打表测定等手段来找正工件相对于刀打表测定等手段来找正工件相对于刀1 2 3 打表测定等手段来找正工件相对于刀打表测定等手段来找正工件相对于刀 具和机床切削成形运动的正确位置，具和机床切削成形运动的正确位置， 然后夹紧工件进行加工然后夹紧工件进行加工。
4、4然后夹紧工件进行加工然后夹紧工件进行加工。例例：车床上用四爪卡盘装夹加工与外车床上用四爪卡盘装夹加工与外4 例例：车床上用四爪卡盘装夹加工与外车床上用四爪卡盘装夹加工与外 圆表面具有较高位置精度要求的内孔。圆表面具有较高位置精度要求的内孔。5 找正装夹的生产效率较低，所能获得的装夹精度受到操作者的技术找正装夹的生产效率较低，所能获得的装夹精度受到操作者的技术 水平和所使用的找正工具的精度的直接影响，多适用于单件小批量水平和所使用的找正工具的精度的直接影响，多适用于单件小批量 生产生产5生产生产（3）夹具装夹（3）夹具装夹夹具是使工件迅速而准确地定位与夹紧的夹具是使工件迅速而准确地定位与夹紧的
5、夹具是使工件迅速而准确地定位与夹紧的夹具是使工件迅速而准确地定位与夹紧的 工艺装备工艺装备 。工艺装备工艺装备 。可分为通用夹具、专用夹具、可调整夹具、可分为通用夹具、专用夹具、可调整夹具、 成组夹具、组合夹具及随行夹具等 。成组夹具、组合夹具及随行夹具等 。也可按也可按机床来分类机床来分类，如钻床夹具如钻床夹具、车床夹车床夹也可按也可按机床来分类机床来分类，如钻床夹具如钻床夹具、车床夹车床夹 具具、铣床夹具铣床夹具、数控机床夹具等等数控机床夹具等等。具具、铣床夹具铣床夹具、数控机床夹具等等数控机床夹具等等。6专用夹具的组成专用夹具的组成（1）定位元件或装置（1）定位元件或装置 （2 2）夹紧
6、机构或装置夹紧机构或装置（2 2）夹紧机构或装置夹紧机构或装置（3）对刀导引装置（3）对刀导引装置 （4）夹具体（4）夹具体（5 5）其他元件或装置其他元件或装置（5 5）其他元件或装置其他元件或装置74.3 工4.3 工件在夹具中的夹紧件在夹具中的夹紧件在夹具中的夹紧件在夹具中的夹紧 要使已定位的工件在加工过程中仍能保持正 确的位置，要通过合理的夹紧来实现。机床夹具确的位置，要通过合理的夹紧来实现。机床夹具 上的这项功能是由夹紧机构完成的。 1. 夹紧机构设计的基本原则1. 夹紧机构设计的基本原则 （1）基本要求： 1）夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位；82）在夹紧力的作用下工件和夹
7、具的变形和表面损伤应该控 制在允许的范围内；制在允许的范围内； 3）夹紧机构工作可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和 刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保 护装置，夹紧行程必须足够； 4）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人 的操作习惯；的操作习惯； 5）夹紧机构的复杂程度、自动化程度要与生产纲领和工厂 的条件相适应。9（2）确定夹紧力的主要原则 1）夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面，保证工件上的 定位表面与定位元件可靠接触； 2）夹紧力的方向应与切削力、重力的方向一致，以利于减2）夹紧力的方向应与切削力、重力的方向
8、一致，以利于减 小夹紧力； 3）夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，不会引起工件 产生位移或偏转；产生位移或偏转； 4）夹紧力应作用在工件上刚度高的部位，以减少工件的夹 紧变形；紧变形； 5）夹紧力的作用点和支承点应该尽量靠近切削部位，以提 高夹紧的可靠性；106）夹紧力大小一般可由实验来确定。若需计算夹紧 力，可将夹具和工件均看作是刚体，在切削力的6）夹紧力大小一般可由实验来确定。若需计算夹紧 力，可将夹具和工件均看作是刚体，在切削力的 作用点、方向和大小处于最不利于夹紧时的状况 下对工件进行受力分析，根据切削力、夹紧力下对工件进行受力分析，根据切削力、夹紧力 （大工件还应考虑重力，运动速度
9、较大时还应考 虑惯性力），以及夹紧机构的具体尺寸，列出工 件的静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以件的静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以 安全系数（一般可取23），作为实际所需夹紧力。112. 常用的夹紧机构 （1）斜楔夹紧机构 图所示的斜楔夹紧机构工作原理：当向右推动斜楔1时，使滑柱2 下降，带动摆动压板3向下同时压紧两个工件4。12斜楔的受力分析： -原动力 -夹具体对斜楔的作用力 -为滑柱对斜楔的作用力R W-为的摩擦角。 -为的摩擦角12R W斜楔受、和共同作用，根据三力平衡有Q2WRQ)tan(tan12+=QWQWW=+)tan(tan12斜楔具有扩力作用，其扩力比为)tan
10、(tan112+=QWip131=Wi)tan(tan12+=Qip当时，斜楔夹紧机构具有自锁性。为有足够的 可靠性，一般取：21+可靠性，一般取：斜楔夹紧机构是夹紧机构中最基本的形式之一=86斜楔夹紧机构是夹紧机构中最基本的形式之一螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构等均是斜楔夹紧机构的变形。14（2）螺旋夹紧机构 图示为螺旋夹紧机构例子图示为螺旋夹紧机构例子15（3）偏心夹紧机构（3）偏心夹紧机构 图为三种偏心夹紧机构。16（4）铰链夹紧机构（4）铰链夹紧机构 单臂铰链夹紧机构b)17双臂双作用铰链夹紧机构双臂双作用铰链夹紧机构1819（5）定心、对中 夹紧机构夹紧机构 定心、对 中夹紧机构，中夹紧
11、机构， 在这种夹紧机 构上与工件定 位基准面相接位基准面相接 触的元件，既 是定位元件，是定位元件， 又是夹紧元件。 工件在其上同 时实现定位和时实现定位和 夹紧。202122232425（6）联动夹紧机构（6）联动夹紧机构 工件装夹所使用的夹具， 有的需要同时有几个点对工件进行夹紧，有的需要同时有几个点对工件进行夹紧， 有的需要同时夹紧几个工件。 有除了夹紧作用外还需要松开或紧固辅助支承等。有除了夹紧作用外还需要松开或紧固辅助支承等。 为了提高生产率，缩短工件装夹时间，可以采用各种 联动夹紧机构。联动夹紧机构。图4.23 浮动压头及四点双向浮动夹紧机构26浮动压头及四点双向浮动夹紧机构272
12、8图4.24所示为平行式多件夹紧机构，其中a）图4.24所示为平行式多件夹紧机构，其中a） 为利用浮动压块对工件进行夹紧；b）则是 利用流体介质（如液体塑料）代替浮动元利用流体介质（如液体塑料）代替浮动元 件实现多件夹紧，在有的夹具结构中也可 以采用小钢球代替流体介质。以采用小钢球代替流体介质。 图4.24 平行式多件夹紧2930314.44.4 夹具的对定夹具的对定4.44.4 夹具的对定夹具的对定 机床夹具除具有使工件定位和夹紧工件的功能以 外，为保证工件对刀具及成形运动有正确位置，还外，为保证工件对刀具及成形运动有正确位置，还 需要使夹具与刀具对准、夹具相对于切削成形运动 准确定位，有时
13、还需要进行夹具的分度和转位。这准确定位，有时还需要进行夹具的分度和转位。这 种过程被称之为夹具的对定。321. 孔加工刀具的导引装置1. 孔加工刀具的导引装置 加工孔时，需要对刀具加以导引，其目的是为了保证孔 的位置精度，增加钻头或镗杆的支承以提高其刚度，减小刀 具的变形。常用的导引装置有钻套和镗套。 （1）钻套 在钻床夹具（也称钻模）中，通常都采用钻套来导引钻头。在钻床夹具（也称钻模）中，通常都采用钻套来导引钻头。钻套主要分为固定钻套、可换钻套、快换钻套，钻套主要分为固定钻套、可换钻套、快换钻套，33固定钻套固定钻套 与钻模板6之间采用过 盈配合（H7/r6或 H7/n6），H7/n6），
14、位置精度高， 主要应用于中、小批生 主要应用于中、小批生 产的钻模上或用来加工 孔距甚小以及孔距精度孔距甚小以及孔距精度 要求较高的孔。34可换钻套 与衬套7为间隙配合 （H7/g6或h6/g5） 衬套与钻模板为过盈配合 可换钻套由螺钉压紧并固 定住，以防转动 钻套磨损以后，拧下螺钉4 换上新的钻套，即可继续 使用。 35使用。快换钻套 要取下钻套时，只要将要取下钻套时，只要将 钻套逆时针转动一定角度， 使得螺钉的头部刚好对准钻使得螺钉的头部刚好对准钻 套削边部分，可拔出钻套， 而不必松动螺钉。而不必松动螺钉。 这种钻套常用于需要对同 一孔进行多工步加工的场合， 如在同一工序中进行钻、扩、 铰
15、孔的加工。36钻套设计 上述钻套已经标准化，可以在机械加工工艺手册 上述钻套已经标准化，可以在机械加工工艺手册 或机床夹具设计手册中查到标准结构和规格。 对于一些特殊场合，可以根据加工条件的不同而 设计特殊钻套3738（2）镗套 加工箱体零件上的孔系时加工箱体零件上的孔系时 若采用精密坐标镗床，加工中心或具有高精度的 刚性主轴的组合机床加工时，一般不需要对镗杆进刚性主轴的组合机床加工时，一般不需要对镗杆进 行导引，孔系的位置精度由机床本身精度和精密坐 标系统来保证。标系统来保证。 对于普通镗床或一般的组合镗床，为了保证孔系对于普通镗床或一般的组合镗床，为了保证孔系 的位置精度，需要采用镗床夹具
16、（也称镗模）来导 引镗杆，孔系的位置由镗模上镗套的位置来决定。39固定镗套固定镗套 适用于镗杆速度低于 20m/min时的镗孔。而镗杆 速度高于这个速度时，为 了减小镗套磨损，一般采 用回转式镗套，如图4.28用回转式镗套，如图4.28 所示。40回转式镗套回转式镗套 镗杆速度高于20m/min 减小镗套磨损。412. 铣刨刀具的对刀装置 在铣床或刨床夹具中，刀具相对于工件的位置通常是采 用对刀装置来调整对准的。42采用对刀装置对刀时，移动机床工作台，使刀具靠近 对刀块，并在对刀块对刀表面上加上一规定厚度的塞 尺，使刀具切削刃轻轻靠紧塞尺，抽动塞尺感觉到有尺，使刀具切削刃轻轻靠紧塞尺，抽动塞尺感觉到有 一定的摩擦力存在，这样刀具的位置就确定了，抽走 塞尺，就可以开动机床进行加工了。对刀块也有标准化产品可供选用，特殊形式的对刀块 可以自行设计。433. 夹
